Inkousty a inkoustové sady

V dnešní díle se podíváme detailněji na složení a vlastnosti inkoustů.

1. Co je to inkoust?

Úloha inkoustu v inkoustové tiskové technologii je jasná – je to barvonosné médium, které je selektivně nanášeno na potiskovaný materiál. Inkoust je nízkoviskózní homogenní nebo mikroheterogenní kapalina, skládající se z rozpouštědla, barvonosné složky a řady pomocných látek (povrchově aktivní látky, látky ovlivňující viskozitu, konzervační látky atd.)

S ohledem na zdravotní a ekologické požadavky se dnes jednoznačně dává přednost inkoustům na vodní bázi. Inkousty na olejové nebo rozpouštědlové bázi se využívají v průmyslových aplikacích, kde je možno zajistit ochranu obsluhy a bezpečně zlikvidovat odpady. Zajímavou alternativou inkoustu neobsahující těkavé složky je tzv. tuhý inkoust, čili inkoust založený na vosku. Před tiskem je inkoust roztaven a vosková tavenina je nanášena piezoelektrickou tiskovou hlavou. Kvůli technologickým komplikacím (potřeba přenášecího válce podobně jako v ofsetu, velmi dlouhý studený start) je ale použití této technologie omezeno na tiskárny určené pro větší pracovní skupiny a nepřetržitý provoz.

Velmi zajímavou možností je použití UV-tvrditelných inkoustů. V těchto systémech je rozpouštědlo nahrazeno reaktivním monomerem a iniciátorem. Při expozici UV zářením dojde k síťovací polymeraci a inkoust je tak velmi rychle vytvrzen a „uschne“.

Principiální dělení inkoustů

Podle použité barvonosné složky se inkousty dají rozdělit do několika skupin:

Inkousty založené na barvivech, tzv. dye-based inkousty, používají jako barvonosnou složku výhradně rozpustná barviva. Výsledný inkoust je tedy zcela homogenní směsí – pravým analytickým roztokem. Barviva použitá pro přípravu inkoustů se vyznačují vysokou čistotou a brilantností barev, a proto se inkoustové sady založené na dye-based inkoustech obecně vyznačují velkým barevným gamutem. Díky analytickým rozměrům částic použitých barviv (tj. jednotlivých molekul) také tyto inkousty jsou schopny pronikat hluboko do přijímacích vrstev potištěných médií, včetně lesklých fotopapírů s přijímací vrstvou založenou na hydrofilních polymerech, a nemají tak tendenci tvořit rušivé povrchové artefakty. Barviva se však vyznačují omezenou světlostálostí, na světle se rozkládají.

Dye-based inkoust je tvořen pravým analytickým roztokem barviva

Inkousty založené na pigmentech, tzv. pigment-based inkousty, používají jako barvonosnou složky výhradně nerozpustné pigmenty. Mikroskopické částečky nerozpustného pigmentu jsou rozptýleny v rozpouštědle a stabilizovány proti sedimentaci a koagulaci. Výsledný inkoust je tedy mikroheterogenní směsí. Pigmenty použité v těchto inkoustech mají obecně nižší barevnou sytost, a proto inkoustové sady na nich založené mívají menší barevný gamut. Díky mikroskopickým rozměrům pigmentových částic jsou pigmentové inkousty schopné pronikat hlouběji pouze do porézních a mikroporézních tiskových médií. Při tisku na fotopapíry s přijímací vrstvou založenou na hydrofilních polymerech mají částice pigmentu tendenci se agregovat na povrchu a důsledkem toho vznikají rušivé artefakty snižující kvalitu tisku. Pigmenty se však z principu věci vyznačují vysokou světlostálostí, která je předurčuje pro archivní tisky.

Pigmentový inkoust je tvořen suspenzí nerozpustných částic v nosné matrici

Pigmentované inkousty, tzv. pigmented inks, představují výsledek snahy eliminovat nevýhody obou výše popsaných typů inkoustů pomocí jejich kombinace. V praxi však spíše než potlačení nevýhod jednotlivých přispívajících složek pozorujeme vznik nových problémů, např. tzv. chromatografickou separaci: Pokud inkoust obsahující pigment i barvivo zároveň interaguje s porézním substrátem, může se snadno stát, že podstatně menší a proto pohyblivější molekuly barviva proniknou hlouběji než objemnější částice pigmentu. Následkem této separace může dojít k výrazné změně barevného odstínu, ale tato změna je na různých médiích různá, proto má výtisk na různých papírech různé barvy.

Pigmentovaný inkoust obsahuje částice pigmentu rozptýlené do roztoku barviva.

Při interakci pigmentovaného inkoustu s porézním substrátem může dojít k chromatografické separaci barvonosných složek.

Podívejme se nyní podrobněji na jednotlivé vlastnosti inkoustových sad. Z popisu vlastností jednotlivých typů inkoustů je patrné, že nás bude zajímat zejména velikost barevného gamutu a archivní stálost. Otázce interakce inkoustu s potiskovaným médiem budeme věnovat pozornost v části pojednávající o papírech.

2. Velikost barevného gamutu

Zejména v oblasti fotorealistického tisku hraje velmi důležitou roli velikost barevného gamutu. Klasický fotografický materiál nasadil v tomto kritériu laťku velmi vysoko a pokud má inkoustová technologie nahradit mokrý fotografický proces, musí se mu z tohoto hlediska přinejmenším vyrovnat.

Jak již bylo řečeno, inkoustové sady založené na dye-based inkoustech v podstatě od svých začátků bez problému tento požadavek splňovaly. Postupným vývojem dye-based inkoustů došlo ještě k dalšímu zvýšení sytosti a čistoty barevného tónu, takže moderní inkoustové sady založené na dye-based inkoustech nabízejí v některých případech dokonce větší barevný gamut než klasický mokrý fotografický proces. Nelze zde však dělat paušální závěry, protože samozřejmě existují rozdíly mezi jednotlivými inkoustovými sadami různých výrobců a i klasický fotografický proces existuje v několika variantách (negativní proces C-41 a inverzní proces R-3/R-3000 založené na tvorbě barviv reakcí oxidované formy vyvolávací látky s barvotvornými složkami přítomnými ve vrstvách nebo vybělovací proces Ilfochrome Classic/Rapid založený na selektivním odstranění barviv přítomných ve vrstvách). Gamut těchto klasických materiálů také silně závisí na metodě jejich osvitu.

Srovnání gamutů mokrého procesu RA-4 s dye-based tiskem

Poněkud jiná je situace na poli pigmentových inkoustů. V případě prvních generací pigmentových inkoustů byl omezený barevný gamut velkou slabinou. Příčinu nižší barevné sytosti pigmentových inkoustů je třeba hledat v principu interakce barvonosné složky inkoustu se světlem: zatímco v případě dye-based inkoustu je inkoust analytickým roztokem a v podstatě každá molekula barviva je přístupná interakci s dopadajícím zářením, v případě mikročástic pigmentu může interagovat pouze povrchová „slupka“ pigmentových částic, hmota uvnitř částice je z interakce s dopadajícím zářením vyloučena. Z tohoto důvodu se vývoj soustředil na přípravu velmi jemných pigmentových částic, které by poskytly obrovský měrný povrch pro pohlcení dopadajícího záření. Také hardware tiskáren, zejména tiskové hlavy byly přizpůsobeny pro tisk inkoustem s podstatně vyšším obsahem sušiny, tj. s podstatně vyšší koncentrací pigmentových částic. Díky těmto krokům se podařilo přiblížit gamut moderních pigmentových inkoustových sad na úroveň dye-based inkoustů, i když určité pochybnosti mezi odbornou i laickou veřejností stále přetrvávají.

Srovnání gamutů dye-based a pigment-based inkoustů téhož výrobce

Srovnání gamutů pigment-base inkoustů stejného výrobce. Novější inkoustová sada z Epsonu R800/R1800 používá navíc červený a modrý inkoust, což se příznivě projeví větším gamutem v této oblasti, zejména v porovnání se starší inkoustovou sadou Epsonu 2200.

3. Konfigurace inkoustových sad

Zvláštní pozornost si zaslouží otázka vývoje konfigurace inkoustových sad. Je jasné, že barevná reprodukce v případě inkoustového tisku bude stejně jako v případě ostatních tiskových technik vycházet ze subtraktivního modelu. A stejně jako v případě ostatních tiskových technik i v případě inkoustového tisku není dostatečná konfigurace primárních barev CMY. Přestože v dávné minulosti inkoustových tiskáren najdeme výrobce a modely, kteří se pokoušeli zákazníka přesvědčit, že tři inkousty CMY jsou dostatečné, praxe ukázala, že nikoli. Neideálnost absorpčních křivek použitých barviv a omezená přijímavost papíru si žádají doplnění černého inkoustu.

Ovšem s tím, jak se kvalita a dostupnost tisku postupně zvyšovala, přibývalo pokusů o tisk obrazů, a s těmito pokusy vyvstal nový problém. Maximální rozlišení tehdejších modelů tiskáren nebylo dostatečně vysoké, takže ve světlých partiích byly jednotlivé tečky frekvenčních rastrů viditelné a působily rušivě. Řešením tohoto problému mohlo být další zvyšování rozlišení, nicméně to v tehdejší době nebyla zřejmě schůdná cesta, proto se tento problém řešil nepřímo: stávající konfigurace inkoustů CMYK byla doplněna o světlé inkousty C a M, tj. inkousty v primárních barvách ale s nižší koncentrací barvonosné složky. Výsledná konfigurace se potom označuje např. zkratkou CcMmYK. Pro tisk světlých partií reprodukovaného obrazu se tedy přednostně použijí tyto zředěné inkousty, takže rastr může být při stejné optické hustotě hustší, aniž by byly jednotlivé kapičky viditelné.

Konfigurace CcMmYK se ukázala jako velmi robustní a byla přijata v podstatě všemi výrobci. Tiskárny pracující s touto konfigurací jsou právem označovány jako fotorealistické. V další fázi vývoje někteří výrobci ještě sadu rozšířili o „světlou černou“, čili šedou, na konečnou konfiguraci CcMmYKk. Příspěvek šedého inkoustu se příznivě projevuje zejména při reprodukcích černobílých fotografií.

Zvláštní vývojovou větev těžící z vysokého rozlišení a malých inkoustových kapiček představují tiskárny Epson R1800 a R800, které používají pigmentovou inkoustovou sadu CMYK rozšířenou o červený a modrý inkoust, tedy CMYKRB. Tiskárna dosahuje vysokého rozlišení a malých kapek, takže zředěné inkousty nejsou potřeba. Navíc primární inkousty v aditivních barvách R a B zvětšují barevný gamut v červené a modré oblasti, protože jejich sytost a čistota barevného tónu je vyšší, než kdyby se červená resp. modrá získávala soutiskem MY, resp. CM.

4. Problémy černobílého tisku

Jak již bylo řečeno, přineslo zavedení šedého inkoustu určitý pokrok při reprodukcích černobílých fotografií. Inkoustové sady o konfiguraci CcMmYKk poskytovaly významné zlepšení oproti jednodušším řešením s jedním černým inkoustem. Ale potenciální uživatelé, pro něž bylo toto zlepšení určeno, tj. komerční a umělečtí fotografové, mají podstatně vyšší nároky, a inkoustový výtisk vždy porovnávají s produktem mokrého chemického procesu. Zejména v případě černobílé tzv. fine-art fotografie byl výsledek inkoustového tisku žalostný.

Černobílá reprodukce zhotovená pomocí tiskárny s barevnou inkoustovou sadou trpí dvěma základními problémy: barevné odchylky od neutrální šedé a metamerie. Barevné odchylky od neutrální šedé se v lepším případě projevují jako stejnoměrný barevný nádech do určitého barevného tónu, v horším případě mají stíny jiný nádech než světla, což působí obzvlášť rušivě. Takovéto mírné barevné odchylky od neutrální šedé škály jsou dané výrobními tolerancemi. Při barevném tisku, kdy je oko zahlceno sytými barevnými vjemy, jsou nepozorovatelné, ale při pozorování monochromatické škály se z oka stává nekompromisní nástroj a tyto drobné odchylky působí velmi rušivě. Tyto problémy lze odstranit dodatečnou kalibrací a linearizací tiskárny, což si ovšem vyžaduje dodatečné investice.

I když se nám podaří tiskárnu vyladit do zcela neutrální šedé škály, zůstává tu problém metamerie, tj. rozdílného zabarvení pod různým osvětlením. Protože se na tisku šedé škály podílejí i barevné inkousty, může dojít k nepříjemnému překvapení, kdy např. na denním světle neutrálně vyhlížející výtisk vykazuje při pozorování pod umělým světlem výrazný a nepřijatelný barevný nádech.

Oběma problémům se lze vyhnout tiskem v režimu black only (BO). V tomto režimu tiskárna použije pouze černý inkoust. Odpadá tedy nutnost neutralizace šedé škály a také problémy s metamerií, ale objeví se jiný problém: při tisku pouze černým inkoustem je v kritických velmi světlých tonálních přechodech patrné rastrování, což je pro vysoce náročné profesionální zákazníky nepřijatelné.

Uvedené problémy vedly k návrhu speciálních inkoustových sad určených výhradně pro černobílé fotografické reprodukce. Tyto sady jsou často označovány jako „quadtone“ nebo „hextone“, podle toho, jestli jsou určeny pro čtyřbarevné nebo šestibarevné tiskárny. Podstata jejich fungování je prostá – černý inkoust zůstává zachován, ale barevné inkousty CMY, resp. CcMmY jsou nahrazeny třemi, resp. pěti šedými inkousty s odstupňovanou koncentrací barvonosné složky. Při tisku s takovýmito inkoustovými sadami je třeba speciálních postupů – buďto se využívá speciální RIP přímo řídící tiskárnu, nebo se použijí speciální separační křivky v obrazovém editoru a tiskne se přes původní „barevný“ ovladač tiskárny. Výsledky tisku takovýmito inkoustovými sadami jsou překvapivě dobré a mnoho profesionálních fotografů je neváhá přirovnat ke klasickým stříbrným černobílým fotografiím.

Při tisku pouze černým inkoustem je patrné rušivé rastrování, při tisku QUADtónovou sadou nikoli.

V poslední době se do černobílého tisku prosadil další nový trend – tónovatelné černobílé sady. Ukázalo se totiž, že jak vzrostlo rozlišení tiskáren a klesla velikost inkoustové kapky, již není zapotřebí pěti šedých inkoustů pro dosažení hladké šedé škály, ale stačí dva šedé plus černá. To otevřelo prostor, aby v šestibarevné tiskárně původně pracující s konfigurací CcMmYK byly dva typy šedých inkoustů: Purpurová a světle purpurová pozice bývá obsazena tmavě a světle šedými čistě uhlíkovými inkousty. Tyto inkousty ale nejsou barevně neutrální, jejich podání je výrazně teplé. Azurová a světle azurová pozice bývá obsazena tmavě a světle šedými inkousty se studeným tónovačem, které tisknou šedomodře. Konečně žlutá pozice je nepovinná a může být obsazena např. přímým barevným inkoustem nebo lakem. Při tisku se tak může v libovolném poměru míchat příspěvek Cc a Mm kanálů a černobílý výtisk se tak může ladit od studeně namodralého přes přísně neutrální až do teplého nahnědlého tónu. Pomocí přímé barvy ve žlutém kanálu se dá tisk dále tónovat do libovolného odstínu. V této pozici se často používá „sépiový“ inkoust, pomocí jehož můžeme výtisk otónovat do intenzivního žlutohnědého tónu simulující starou fotografii.

Inkoustová sada pro černobílý tónovaný tisk UT2 (výrobce MIS) používá černý inkoust, tmavě a světle hnědý (čistý uhlík), tmavě a světle modrošedý (uhlík obarvený modrým pigmentem) a ve žluté pozici sépiový tónovač.

Tyto speciální černobílé inkoustové sady byly donedávna uváděny na trh malými výrobci neoriginálních inkoustů. Zdá se ale, že tohoto trendu a potřeb profesionálních fotografů si už všimli i velcí výrobci inkoustových tiskáren. HP nabízí pro některé své modely stolních tiskáren ČB náplně, které obsahují 3 odstíny šedého inkoustu. Poslední horkou novinkou je inkoustová sada K3 od Epsonu: klasická konfigurace CcMmYK je doplněna o dva šedé inkousty, tiskárna tedy pracuje celkem s 8 inkousty. Driver tiskárny má speciální mód pro tisk černobílých reprodukcí, ve kterém se tisk realizuje přednostně pomocí černého a dvou šedých inkoustů. Velmi jemné barevné ladění se potom provádí přidáním malých zlomků barevných inkoustů.